TDK雙電層電容器的原理、特點(diǎn)及種類

雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）是使用了金屬箔層壓薄膜封裝的電容器。其低電阻的特性可有效用于峰值輸出的輔助電源、失電時(shí)的備份、能量收集/再生能源用的蓄電。另外，它輕薄的特點(diǎn)使得其非常適用于移動(dòng)產(chǎn)品。

此產(chǎn)品在保持了雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）的最大特點(diǎn)——容量大的同時(shí)，其低電阻的特性可對(duì)應(yīng)大電流，而3V以上的額定電壓使其方便使用。它還是一種由綠色材料制成的設(shè)備。

目錄

作為電容器的定位

雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）的原理

雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）的種類

TDK雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）的產(chǎn)品系列和結(jié)構(gòu)

TDK雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）的特點(diǎn)

耐充放電循環(huán)

沒有起火、冒煙的危險(xiǎn)

TDK雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）的使用方法

電池輔助： 電池驅(qū)動(dòng)過程中改寫畫面時(shí)的電源輔助/電子紙

電池輔助： 電池驅(qū)動(dòng)過程中高負(fù)荷時(shí)的電壓平均化/便攜式音頻播放器

電池輔助： 電池驅(qū)動(dòng)過程中發(fā)送無線信號(hào)時(shí)的電源輔助/自來水、煤氣用智能儀表

電源輔助： 指紋傳感器動(dòng)作時(shí)的電池輔助/指紋認(rèn)證卡

電源備份： 失電時(shí)的電源備份/SSD

微能量蓄電： 儲(chǔ)存由環(huán)境發(fā)電得到的微小能量，在必要的時(shí)候提供儲(chǔ)存的能量/無電池無線通信傳感器

再生能源蓄電： 將再生能源蓄成電，對(duì)電池提供輔助/小型電機(jī)

作為電容器的定位

雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）可以憑借其大容量來儲(chǔ)存較大的能量。TDK的雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）可以儲(chǔ)存數(shù)mF～500mF的大容量。額定電壓為3.2V～4.2V，即使不提高電壓，也能得到足夠的能量。又因?yàn)殡娮璧停怨β拭芏群芨摺?/p>

圖1TDK的電容器產(chǎn)品圖（靜電容量-額定電壓）

產(chǎn)品導(dǎo)覽(靜電容量 - 額定電壓)

TDK擁有各類電容器，可應(yīng)對(duì)大范圍的靜電容量與電壓。點(diǎn)擊后即可查看詳細(xì)內(nèi)容。

種類	特點(diǎn)
雙電層電容器 (EDLC/超級(jí)電容器)		EDLC是一種介于電容器和電池（二次電池）之間的具有蓄電能量的電容器。通過讓浸泡在電解液中的活性炭電極表面吸附離子、形成雙電層(Electric Double Layer)來積蓄電荷，是一款具備極大靜電容量及能量密度的蓄電設(shè)備。

與其他電容器相比，雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）具有非常高的靜電容量，并且具有高能量的特性。
另外，與電池(LIB)相比，雖然能量密度（單位體積能存儲(chǔ)的電量）較差，但功率密度（單位體積的輸出功率）較高，是一種瞬間發(fā)力優(yōu)異的設(shè)備。

與其他的雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）相比，TDK的雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）的功率密度、能量密度設(shè)計(jì)得更高，適用于高能量用途。

圖2與鋁電解電容器/鉭電容器、鋰離子電池的功率和能量密度的比較

雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）的原理

雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）將離子吸附到浸在電解液中的活性炭電極表面，形成雙電層(Electric Double Layer)來積蓄電荷。靜電容量與在活性炭界面上形成的雙電層的面積成正比，所以使用比表面積較大的活性炭制作電極。由于雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）沒有電極活性物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)，所以可以急速充放電；由于利用的是離子吸附脫離這種物理現(xiàn)象，老化少，充放電循環(huán)特性優(yōu)異。TDK的雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）對(duì)成對(duì)的電極和隔板、電解液進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了低電阻。在一個(gè)封裝里放入兩個(gè)電容器，串聯(lián)連接，提高了額定電壓。

圖3雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）的原理

雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）的種類

雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）的構(gòu)造和形狀分類如下。
從貼片型和硬幣型這樣的小型電容器，到連接多個(gè)圓筒型和角型等的大型模塊等，類型多種多樣。

圖4雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）的種類

結(jié)構(gòu)和形狀	產(chǎn)品外觀形狀
貼片型
硬幣型、模制型
軟包型、層疊型
圓筒型、角型
模塊 （連接多個(gè)圓筒型、角型等的類型）

TDK雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）的產(chǎn)品系列和結(jié)構(gòu)

雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）是電容器的一種，與其他電容器相比，具有非常高的靜電容量。
TDK的雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）在行業(yè)也有著最高水平的低電阻，因?yàn)閾碛写蠊β拭芏龋繂挝惑w積的輸出功率），所以是一種瞬間發(fā)力優(yōu)異的設(shè)備。在確保EDLC本來就擁有的充放電循環(huán)壽命、安全性的同時(shí)，因?yàn)槭擒洶停詫?shí)現(xiàn)了既薄又輕的規(guī)格。

產(chǎn)品照片	特點(diǎn)	高度	L xW 尺寸	電容	額定電壓	阻抗	使用溫度范圍	系列、型	產(chǎn)品目錄	型號(hào)列表
	薄型	0.4mm	27 x 17mm	5 to 15mF	3.2V(連續(xù)) 5.0V(頂峰)	7Ω (1kHz)	-20 ~ +60°C	EDLC041720 (事前準(zhǔn)備)	168KB
	低背型	2.1mm	20 x 25mm (不含有端子)	350mF	4.2V(連續(xù)) 5.5V(頂峰)	55mΩ (1kHz)	-40 ~ +70°C	EDLC212520	152KB
	2.6mm	500mF	35mΩ (1kHz)	-40 ~ +70°C	EDLC262520	152KB
	2.7mm	500mF	4.2V(連續(xù)) 5.5V(頂峰)	95mΩ (1kHz)	-20 ~ +85°C	EDLC302520 (事前準(zhǔn)備)	164KB
	小尺寸型	3.7mm	20 x 14mm (不含有端子)	500mF	4.2V(連續(xù)) 5.5V(頂峰)	40mΩ (1kHz)	-40 ~ +70°C	EDLC371420	152KB
	3.8mm	500mF	3.2V(連續(xù)) 4.2V(頂峰)	70mΩ (1kHz)	-30 ~ +85°C	EDLC381420	152KB

TDK的雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）分為卷回型和薄積層型兩種。
卷回型使用鋁層疊薄膜，將電極和隔板同時(shí)卷起來，得到1個(gè)小電池，再封裝2個(gè)這樣的小電池。另外，薄層疊型將電極和隔板層疊在一起，使用不銹鋼板層疊薄膜封裝，保持高彎曲強(qiáng)度，應(yīng)對(duì)屈曲、扭曲測(cè)試。

圖5TDK電氣雙層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）的結(jié)構(gòu)

TDK雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）的特點(diǎn)

雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）通過電解液內(nèi)的離子在活性炭電極表面上吸附脫離，進(jìn)行充放電。
因?yàn)闆]有電極表面的化學(xué)反應(yīng)，所以可以急速充放電；由于利用的是離子的吸附脫離這種物理現(xiàn)象，老化少，所以充放電循環(huán)特性很優(yōu)異。

圖6左邊的圖表顯示了，以5.5V的電壓給TDK雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）充電，反復(fù)進(jìn)行20A-5ms放電和0.9A充電的充放電循環(huán)2萬次后，電氣特性的變化。

基本不發(fā)生因充放電循環(huán)導(dǎo)致的特性變化。因此是一款大電流充放電也可以放心使用的產(chǎn)品。

圖6耐充放電循環(huán)

測(cè)定條件

EDLC262520-501-2F-40
靜電容量 : 500 mF
阻抗 @1kHz : 35m? typ.

構(gòu)成雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）的主要材料是活性炭和鋁、離子電解液。
這些物質(zhì)按照沒有化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理反復(fù)充放電，實(shí)現(xiàn)電容器的功能。
因?yàn)椴牧蠘?gòu)成、機(jī)理安全潔凈，在充滿電的狀態(tài)下用針刺、彎曲、加熱，也不會(huì)有起火、冒煙的危險(xiǎn)。

圖7沒有起火、冒煙的危險(xiǎn)

TDK雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）的使用方法

下圖為活用了TDK雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）之特點(diǎn)的使用方法。
通過對(duì)電池的輸出極限進(jìn)行輔助，可以實(shí)現(xiàn)僅有電池時(shí)無法實(shí)現(xiàn)的功能。而作為失電時(shí)的備份，可以活用每個(gè)單體的大能量。另外，通過積蓄微弱的能量和回收能量，可以有效利用能量。

圖8TDK雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）的使用方法

電池輔助： 在電池驅(qū)動(dòng)過程中改寫畫面時(shí)的電源輔助/在電子紙中的使用示例

在“電子紙”中，作為電池的輔助使用，畫面顯示速度會(huì)變得流暢，可以像翻實(shí)際的紙張一樣進(jìn)行翻頁操作。 對(duì)小圖、小表等的放大顯示也有效果，PDF文件也可以順暢顯示。

若要從搭載的電池里流過大電流，需要更低電阻的電池，但是尺寸會(huì)變大，重量增加。因此，不使用大電池，通過EDLC進(jìn)行電流輔助，可以減輕電池的負(fù)荷，同時(shí)實(shí)現(xiàn)輕量化。

圖9電池輔助： 在電池驅(qū)動(dòng)過程中改寫畫面時(shí)的電源輔助/在電子紙中的使用示例

電池輔助： 電池驅(qū)動(dòng)過程中高負(fù)荷時(shí)的電壓平均化/便攜式音頻播放器

在發(fā)生急劇功率變化的音頻設(shè)備中，從雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）瞬間向放大器供給大功率，對(duì)電池提供輔助。

D級(jí)放大器被使用在便攜式音頻播放器等設(shè)備中。它由PWM調(diào)制器和2個(gè)輸出用功率MOSFET、噪聲抑制濾波器（含LPF用電感器）、帶ESD保護(hù)功能的陷波濾波器組成的低通濾波器電路塊構(gòu)成。
將輸出用功率MOSFET（下面的例子中是PVCC部位）與TDK雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）組合在一起，即使在發(fā)生急劇功率變化的時(shí)候，雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）也會(huì)瞬間向放大器供給很大的功率，對(duì)電池提供輔助。

圖10電池輔助： 電池驅(qū)動(dòng)過程中高負(fù)荷時(shí)的電壓平均化/在便攜式音頻播放器中的使用示例

應(yīng)用注釋

D級(jí)放大器用推薦產(chǎn)品
（噪聲抑制濾波器 、LPF用電感器、帶ESD保護(hù)功能的陷波濾波器）

電池輔助： 電池驅(qū)動(dòng)過程中發(fā)送無線信號(hào)時(shí)的電源輔助/自來水、煤氣用智能儀表

自來水、煤氣智能儀表的功能不斷提高，追加了無線傳輸信息的功能。它們使用電池作為電源，但是隨著無線功能的提高，就逐漸需要電力輔助。
雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）的電池輔助很有效，并且小型形狀的軟包型受到了關(guān)注。

圖11電池輔助： 電池驅(qū)動(dòng)過程中發(fā)送無線信號(hào)時(shí)的電源輔助/在自來水、煤氣用智能儀表中的使用示例

應(yīng)用指南

智能儀表

白皮書

用于智能儀表的EDLC (超級(jí)電容器)

電源輔助： 指紋傳感器動(dòng)作時(shí)的電源輔助/在指紋認(rèn)證卡中的使用示例

在“指紋認(rèn)證卡”中，作為指紋傳感器動(dòng)作時(shí)的電源輔助使用。
NFC終端有很多種類，可以供給的電力也存在差異。為了在如今普及的終端上也能順暢地進(jìn)行卡片認(rèn)證動(dòng)作，雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）就發(fā)揮了有效的作用。
因?yàn)榭ㄆ粫?huì)將生物認(rèn)證數(shù)據(jù)泄漏出去，所以其高安全性受到了關(guān)注。輕薄的雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）很適用于此用途。另外，制作卡片的材料也很安全，可以放心地廢棄。

在終端上刷一下卡，NFC線圈的電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電會(huì)瞬間給雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）充電。
將這樣蓄積的電能用于指紋傳感器動(dòng)作，可以對(duì)可靠的動(dòng)作提供支持。

圖12電源輔助： 指紋傳感器動(dòng)作時(shí)的電池輔助/在指紋認(rèn)證卡中的使用示例

解決方案指南

面向NFC電路的總體解決方案

電源備份： 失電時(shí)的電源備份/SSD

大容量的雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）適合用于電源意外切斷時(shí)的備份電源，可用于SSD等的失電保護(hù)。

對(duì)于企業(yè)級(jí)SSD等，采用NAND閃存作為存儲(chǔ)元件，在寫入數(shù)據(jù)時(shí)暫時(shí)將數(shù)據(jù)保存在DRAM的高速緩沖存儲(chǔ)器中，然后將數(shù)據(jù)一起寫入閃存，以提高數(shù)據(jù)寫入速度。而在意外斷電時(shí)，一般會(huì)安裝多個(gè)電容器并采取斷電保護(hù)措施，以確保緩存中的數(shù)據(jù)能寫入NAND閃存?？梢杂么笕萘侩p電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）代替這種失電保護(hù)。

圖13電源備份： 失電時(shí)的電源備份/SSD中的使用示例

微能量蓄電： 儲(chǔ)存環(huán)境發(fā)電得到的微小能量，在必要的時(shí)候提供儲(chǔ)存的能量/無電池?zé)o線通信傳感器

由于TDK的雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）的阻抗低，因此即使在不穩(wěn)定的能量收集發(fā)電中也能實(shí)現(xiàn)出色的充電，可以進(jìn)行適合應(yīng)用的放電，適用于面向能量收集的應(yīng)用。

可以將通過太陽電池（環(huán)境發(fā)電）發(fā)的電蓄積到雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）中，使用無線通信按一定間隔發(fā)送傳感器取得的數(shù)據(jù)（溫度、濕度等）

圖14微能量蓄電： 儲(chǔ)存由環(huán)境發(fā)電得到的微小能量，在必要的時(shí)候提供儲(chǔ)存的能量/在無電池?zé)o線通信傳感器中的使用示例

再生能源蓄電： 將再生能源蓄成電，對(duì)電池提供輔助/在小型電機(jī)中的使用示例

靈活利用再生能源產(chǎn)生的剩余再生電力，是一項(xiàng)為今后進(jìn)一步節(jié)能做貢獻(xiàn)的技術(shù)。
隨著小型機(jī)器人的普及，雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）被用來有效地將剩余電力儲(chǔ)存到電池中。它讓不穩(wěn)定的能量能穩(wěn)定地運(yùn)行，積蓄的能量也可以作為大能量運(yùn)行時(shí)的輔助。

圖15再生能源蓄電： 將再生能源蓄成電，對(duì)電池提供輔助/在小型電機(jī)中的使用示例

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綜合介紹TDK集團(tuán)的電容器(Capacitor)的各種信息。

雙電層電容器（EDLC/超級(jí)電容器）產(chǎn)品信息

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